Question

工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如下：



完成下列問題：
Ⅰ．合成氨
（1）寫出裝置①中發生反應的化學方程式：______．
（2）已知在一定的溫度下進入裝置①的氮、氫混合氣體與從合成塔出來的混合氣體壓強之比為5：4，則氮的轉化率為______．
Ⅱ．氨的接觸氧化原理
（3）在900℃裝置②中反應有：?
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905.5kJ?mol^-1 K₁=1×10⁵³ （900℃）
4NH₃（g）+4O₂（g）?4N₂O（g）+6H₂O（g）；△H=-1103kJ?mol^-1  K₂=1×10⁶¹ （900℃）
4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1267kJ?mol^-1  K₃=1×10⁶⁷ （900℃）
除了上列反應外，氨和一氧化氮相互作用：
4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1804kJ?mol^-1，還可能發生氨、一氧化氮的分解．
完成熱化學方程式：2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）；△H=______．
（4）鉑-銠合金催化劑的催化機理為離解和結合兩過程，如圖所示：



由于鉑對NO和水分子的吸附力較小，有利于氮與氧原子結合，使得NO和水分子在鉑表面脫附，進入氣相中．若沒有使用鉑-銠合金催化劑，氨氧化結果將主要生成______．說明催化劑對反應有______．
（5）溫度對一氧化氮產率的影響



當溫度大于900℃時，NO的產率下降的原因______（選填序號）
A．促進了一氧化氮的分解
B．促進了氨的分解
C．使氨和一氧化氮的反應平衡移動，生成更多N₂
（6）硝酸工業的尾氣常用Na₂CO₃溶液處理，尾氣的NO、NO₂可全部被吸收，寫出用Na₂CO₃溶液吸收的反應方程式______．

Answer 1

（1）氮氣的氫氣在催化劑、加熱加壓的條件下生成氨氣的反應為：N₂+3H₂ 

催化劑

加熱、加壓

2NH₃，故答案為：N₂+3H₂ 

催化劑

加熱、加壓

2NH₃；
（2）設消耗的氮氣的量是x，則N₂ +3H₂ 

催化劑

加熱、加壓

  2NH₃
        初始物質的量            1        3              0
       變化的物質的量           x        3x             2x
     平衡時的物質的量          1-x      3-3x            2x
氮、氫混合氣體與從合成塔出來的混合氣體壓強之比為5：4，即氮、氫混合氣體的物質的量之和與從合成塔出來的混合氣體的物質的量之和的比為5：4，所以

(1-x)+(3-3x)+2x

4

=

4

5

，解得x=0.4mol，所以氮氣的轉化率為：

0.4

1

×100%=40%，故答案為：40%；
（3）根據已知反應可得：①2NO（g）+3H₂O（g）?2NH₃（g）+

5

2

O₂（g）；△H=

1

2

×905.5kJ?mol^-1=452.75kJ?mol^-1，
②2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）?N₂（g）+3H₂O（g）；△H=-1267×

1

2

kJ?mol^-1=-633.5kJ?mol^-1；
反應2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）可以看成是①+②的結果，所以△H=-633.5kJ?mol^-1+452.75kJ?mol^-1=-180.75 kJ?mol^-1，故答案為：-180.75 kJ?mol^-1；
（4）若沒有使用鉑-銠合金催化劑，氫氣會和氧氣反應，使得氮氣和氫氣不能反應，說明催化劑具有選擇性，故答案為：氮氣和水蒸氣；選擇性；
（5）由圖象可知在溫度較低時生成氮氣．溫度高于900℃時，NO產率下降是因為反應4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O是放熱反應，達到平衡后，升溫平衡逆向進行，故產率降低，
故答案為：A、B；
（6）尾氣的NO、NO₂可全部被碳酸鈉吸收，其化學方程式為：NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂、2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
故答案為：NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂ 、2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂．